Comment NAT Fonctionne avec les Adresses IP Privées

La Traduction d'Adresses Réseau (NAT) est une technologie fondamentale qui permet à plusieurs appareils sur un réseau privé de partager une seule adresse IP publique lorsqu'ils communiquent avec Internet. C'est crucial car les adresses IP privées, telles que définies dans la RFC 1918, ne sont pas routables sur Internet public. La NAT agit comme un intermédiaire, traduisant les adresses IP privées en adresses IP publiques et vice versa, permettant aux appareils internes d'accéder à des ressources externes et, dans certains cas, permettant un accès externe aux services internes. Comprendre comment la NAT fonctionne en conjonction avec les adresses IP privées est essentiel pour toute personne impliquée dans l'administration et la gestion de réseau.

La nécessité de la NAT avec les adresses IP privées

La raison principale pour laquelle la NAT est essentielle lors de l'utilisation d'adresses IP privées est la disponibilité limitée des adresses IPv4 publiques. Lorsque Internet a été initialement conçu, le nombre d'adresses IPv4 publiques disponibles semblait suffisant. Cependant, avec la croissance exponentielle des appareils connectés à Internet, le pool d'adresses IPv4 publiques a été épuisé.

Les adresses IP privées fournissent une solution en permettant aux organisations d'utiliser un grand espace d'adresses en interne sans avoir besoin d'une adresse IP publique unique pour chaque appareil. La NAT fait ensuite le lien entre le réseau privé et Internet public, permettant à ces appareils de communiquer à l'extérieur en utilisant un nombre plus restreint d'adresses IP publiques.

Fonctionnement de base de la NAT

La fonction principale de la NAT consiste à modifier les informations d'adresse IP dans l'en-tête IP des paquets réseau. Lorsqu'un appareil sur un réseau privé envoie un paquet à une destination sur Internet public, l'appareil NAT (généralement un routeur ou un pare-feu) effectue les étapes suivantes :

1. Réception du paquet : L'appareil NAT reçoit le paquet sortant de l'appareil interne. L'adresse IP source dans l'en-tête du paquet est l'adresse IP privée de l'appareil interne, et l'adresse IP de destination est l'adresse IP publique du serveur externe.
2. Recherche dans la table NAT : L'appareil NAT consulte sa table NAT, qui maintient une correspondance entre les adresses IP privées et les numéros de port avec les adresses IP publiques et les numéros de port.
3. Traduction d'adresse : Si aucune entrée existante ne correspond à la connexion sortante, l'appareil NAT crée une nouvelle entrée dans la table NAT. Il remplace l'adresse IP privée source du paquet sortant par sa propre adresse IP publique. Il modifie également généralement le numéro de port source pour assurer l'unicité et suivre la connexion.
4. Transmission du paquet : L'appareil NAT transmet le paquet modifié à Internet. L'adresse IP source dans le paquet reflète désormais l'adresse IP publique de l'appareil NAT.
5. Réception de la réponse : Lorsque le serveur externe envoie une réponse, elle est adressée à l'adresse IP publique de l'appareil NAT et au numéro de port spécifique qui a été utilisé pour la connexion sortante.
6. Traduction inverse : L'appareil NAT reçoit le paquet de réponse entrant et consulte sa table NAT pour trouver l'entrée correspondante. Il remplace l'adresse IP publique de destination et le numéro de port dans le paquet par l'adresse IP privée et le numéro de port de l'appareil interne d'origine.
7. Transmission à l'appareil interne : L'appareil NAT transmet le paquet traduit à l'appareil correct sur le réseau privé.

Types de NAT

Plusieurs types de NAT existent, chacun avec ses propres caractéristiques et cas d'utilisation :

NAT statique

Dans la NAT statique, une correspondance un-à-un est établie entre une adresse IP privée et une adresse IP publique. Cette correspondance est permanente et préconfigurée. Lorsqu'un appareil avec une adresse IP privée spécifique envoie du trafic à Internet, il est toujours traduit à la même adresse IP publique.

• Cas d'utilisation : Hébergement de services accessibles au public sur un réseau privé où une adresse IP publique constante est requise pour l'accès (par exemple, un serveur web ou un serveur de messagerie).
• Avantages : Permet des connexions entrantes prévisibles.
• Inconvénients : Nécessite une adresse IP publique pour chaque appareil interne nécessitant un accès externe, ce qui ne passe pas à l'échelle et ne conserve pas efficacement les adresses IP publiques.

NAT dynamique

La NAT dynamique utilise un pool d'adresses IP publiques. Lorsqu'un appareil sur le réseau privé a besoin d'accéder à Internet, l'appareil NAT lui attribue une adresse IP publique disponible du pool. Cette correspondance est temporaire et est libérée dans le pool lorsque la connexion est fermée.

• Cas d'utilisation : Fournir un accès à Internet à un nombre modéré d'utilisateurs internes où le nombre de connexions externes simultanées est inférieur au nombre d'adresses IP publiques disponibles.
• Avantages : Conserve les adresses IP publiques par rapport à la NAT statique.
• Inconvénients : L'adresse IP publique attribuée à un appareil interne peut changer, ce qui la rend inadaptée pour l'hébergement de services accessibles au public.

Traduction d'adresse de port (PAT) ou surcharge de NAT

La traduction d'adresse de port (PAT), également connue sous le nom de surcharge de NAT, est le type de NAT le plus couramment utilisé dans les réseaux domestiques et les petits réseaux de bureau. Elle permet à plusieurs appareils sur le réseau privé de partager une seule adresse IP publique. La PAT y parvient en utilisant différents numéros de port pour distinguer les connexions provenant de différents appareils internes.

• Fonctionnement : Lorsque plusieurs appareils internes envoient du trafic à Internet, la PAT attribue à chaque connexion un numéro de port source unique en plus de traduire l'adresse IP privée en adresse IP publique. La table NAT stocke la correspondance de l'adresse IP privée et du numéro de port avec l'adresse IP publique et le numéro de port attribué.
• Cas d'utilisation : Fournir un accès à Internet à de nombreux appareils en utilisant une seule adresse IP publique, courant dans les routeurs domestiques et les pare-feu pour petites entreprises.
• Avantages : Maximise l'utilisation d'une seule adresse IP publique, très évolutif.
• Inconvénients : Peut compliquer les connexions entrantes, nécessitant une redirection de port.

Techniques de traversée de la NAT

La NAT peut créer des défis pour les applications qui nécessitent des connexions entrantes directes, comme les jeux en ligne, la VoIP et certaines applications peer-to-peer. Plusieurs techniques de traversée de la NAT ont été développées pour surmonter ces défis :

• Redirection de port : Configuration manuelle de l'appareil NAT pour transmettre le trafic destiné à des ports spécifiques à une adresse IP interne particulière. Ceci est couramment utilisé pour héberger des serveurs de jeux ou des serveurs web sur un réseau privé.
• UPnP (Universal Plug and Play) : Un ensemble de protocoles réseau qui permettent aux applications sur le réseau privé de configurer automatiquement les règles de redirection de port sur l'appareil NAT. Bien que pratique, l'UPnP peut introduire des risques de sécurité s'il n'est pas mis en œuvre avec soin.
• STUN (Session Traversal Utilities for NAT) : Un protocole utilisé par les applications pour découvrir leur adresse IP publique et leur numéro de port tels qu'ils sont vus par le monde extérieur. Ces informations peuvent ensuite être utilisées pour faciliter la communication avec les pairs externes.
• TURN (Traversal Using Relay NAT) : Un protocole plus avancé où un serveur public agit comme un relais pour la communication entre deux hôtes derrière la NAT. Ceci est souvent utilisé lorsque la communication directe de pair à pair n'est pas possible.

Considérations de sécurité avec la NAT

Bien que la NAT offre un certain degré de sécurité par l'obscurité, ce n'est pas une solution de sécurité en soi. Il est important de comprendre les implications de sécurité de la NAT :

• Pas un pare-feu : La NAT n'inspecte pas le contenu du trafic réseau et ne fournit pas le même niveau de protection qu'un pare-feu.
• Complexité de la connexion entrante : Bien que la NAT cache les adresses IP internes, une redirection de port mal configurée peut créer des vulnérabilités de sécurité en ouvrant un accès inutile aux systèmes internes.
• Défis de journalisation : La PAT peut rendre plus difficile la localisation de l'appareil interne spécifique responsable d'une certaine activité réseau basée uniquement sur l'adresse IP publique.

L'avenir de la NAT et de l'IPv6

Avec l'adoption croissante de l'IPv6, qui offre un espace d'adresses beaucoup plus grand, le besoin de NAT devrait diminuer avec le temps. L'IPv6 fournit suffisamment d'adresses IP publiques uniques pour chaque appareil sur Internet, éliminant le principal moteur de la NAT.

Cependant, la NAT devrait rester pertinente pour l'avenir prévisible, en particulier pour maintenir la compatibilité entre les réseaux IPv4 et IPv6. Des technologies comme NAT64 et NAT46 permettent la communication entre les réseaux uniquement IPv6 et uniquement IPv4.

Conclusion : Faire le lien entre les réseaux privés et publics

La NAT est une technologie essentielle qui fonctionne de manière indissociable avec les adresses IP privées pour permettre le fonctionnement de l'Internet moderne. En traduisant les adresses IP privées en adresses IP publiques, la NAT permet à de nombreux appareils sur les réseaux privés de partager un nombre limité d'adresses IP publiques, économisant de l'espace d'adresse et offrant un certain degré de sécurité. Comprendre les différents types de NAT, leur fonctionnement et les considérations de sécurité associées est crucial pour les professionnels du réseau. Bien que l'IPv6 promette de réduire la dépendance à la NAT à long terme, la NAT continuera de jouer un rôle vital dans la connectivité réseau pour les années à venir.